TWI865051B - 具高諧振效率之同步整流控制的電源供應器 - Google Patents

Abstract

電源供應器包含升壓型主動功率因數校正電路、諧振轉換電路、電壓偵測電路和控制電路。升壓型主動功率因數校正電路和諧振轉換電路將交流電壓轉換成負載裝置運作所需之輸出電壓。電壓偵測電路偵測輸出電壓之狀態，使得控制電路在輸出電壓之值尚未達到參考電壓時指示諧振轉換電路進行全開式同步整流運作，並在輸出電壓之值達到參考電壓時指示諧振轉換電路進行互補式同步整流運作，進而提供具高諧振效率之同步整流控制。

Description

具高諧振效率之同步整流控制的電源供應器

本發明相關於一種電源供應器，尤指一種具高諧振效率之同步整流控制的電源供應器。

電腦系統中不同組件所需的操作電壓不同，因此普遍採用電源供應器以通過變壓、整流與濾波的方式，將交流電室內電源轉換為直流電(DC)以驅動不同零組件。隨著環保意識的抬頭，各國針對消費性電子產品、辦公設備、家電製品和外接電源供應器的節能規格都有所規範。舉例來說，美國能源之星是由美國能源部和環境保護署共同贊助的認證計畫，其針對不同額定輸出功率之電源供應器在各狀態和不同負載操作下所消耗功率都有明確的定義及節能規格要求

舉例來說，針對輸出功率大於7OW的電源供應器和其整體系統配置，美國能源之星規範其額定功率因數需大於0.9。因此，大功率電源供應器之設計架構通常會分為升壓型的前級電路與降壓型後級電路。大功率電源供應器之前級電路可為升壓型功率因數校正器，負責提升交流電源端之功率因數；大功率電源供應器之後級電路可採用降 壓型電感-電感-電容(LCC)諧振轉換器，負責將升壓型功率因數校正器輸出之高電壓(例如400V)轉為低電壓(例如19.5V)以供應筆電等負載裝置。

功率開關在硬性切換時，其跨壓與通過功率開關的電流兩者之乘積會造成功率開關的切換損失，而導致整體電路效率降低。諧振轉換器是一種利用諧振轉換電能的切換式電源供應器，其包含由電感元件及電容器形成的諧振電路。在功率開關切換時，透過電感和電容所產生的LLC諧振來將功率開關兩端之電壓轉換為正弦波的電壓或電流，以達到零電壓或零電流之柔性切換，進而解決高頻切換所產生之問題。因此，需要一種具高諧振效率之同步整流控制的電源供應器。

本發明提供一種具高諧振效率之同步整流控制的電源供應器，其包含用來接收一交流電壓之一輸入端、用來輸出一輸出電壓之一輸出端、一升壓型主動功率因數校正電路、一諧振轉換電路、一電壓偵測電路，和一控制電路。該升壓型主動功率因數校正電路包含一第一開關，用來將該交流電壓轉換成一直流電壓，再將該直流電壓換成一第一脈動直流電壓。該諧振轉換電路用來將該第一脈動直流電壓轉換成該輸出電壓，其包含一變壓器和第二至第七開關。該變壓器用來將該第一脈動直流電壓從一初級側感應至一次級側以供應該輸出電壓，其包含一初級側繞組和第一至第四同步整流繞組。該第二開關和該第三開關設置在該初級側，用來控制該諧振電路之運作。該第四開關選擇性地將該第一同步整流繞組內存能量傳送至該輸出端以提供一 第二脈動直流電壓。該第五開關設置選擇性地將該第二同步整流繞組內存能量傳送至該輸出端以提供該第二脈動直流電壓。該第六開關選擇性地將該第三同步整流繞組內存能量傳送至該輸出端以提供一第三脈動直流電壓。該第七開關選擇性地將該第四同步整流繞組內存能量傳送至該輸出端以提供該第三脈動直流電壓。該電壓偵測電路用來偵測該輸出電壓之狀態，並輸出相對應之一判斷電壓。當依據該判斷電壓判定該輸出電壓之值小於一參考電壓時，該控制電路輸出具致能電位之第四至第七控制訊號以分別導通該第四至第七開關。當依據該判斷電壓判定該輸出電壓之值不小於該參考電壓時，該控制電路在一第一週期內輸出第四至第七控制訊號以導通該第五和第七開關並截止該第四和第六開關，並在一第二週期內輸出第四至第七控制訊號以截止該第五和第七開關並導通該第四和第六開關。

10:升壓型主動功率因數校正電路

20:諧振轉換電路

30:電壓偵測電路

32:誤差放大器

34:邏輯單元

40:控制電路

100:電源供應器

TR:變壓器

PWMIC1、PWMIC2:脈衝寬度調變積體電路

SRIC1、SRIC2:同步整流開關控制積體電路

NP:初級側繞組和匝數

NS1:第一同步整流繞組和匝數

NS2:第二同步整流繞組和匝數

NS3:第三同步整流繞組和匝數

NS4:第四同步整流繞組和匝數

Q1-Q3:功率開關

Q4-Q7:同步整流開關

CO1-CO3:儲能電容

DO1:升壓二極體

D1~D4:二極體

LM1:升壓電感

LR:諧振電感

LM2:激磁電感

CR:諧振電容

V_IN:直流電壓

V_OUT:輸出電壓

V_AC:交流電壓

V_AA:判斷電壓

VF:參考電壓

VE:誤差電壓

VO1-VO3:脈動直流電壓

GND1、GND2:接地電位

GD1-GD7:控制訊號

CM1:全開訊號

CM2:同步互補訊號

P1-P14:腳位

第1圖本發明實施例中一種具高諧振效率之同步整流控制的電源供應器的功能方塊圖。

第2圖為本發明實施例中電源供應器實作方式之示意圖。

第3圖為本發明實施例中電源轉換器運作時相關訊號圖。

第1圖本發明實施例中一種具高諧振效率之同步整流控制的電源供應器100的功能方塊圖。電源供應器100包含一升壓型主動功率因數校正電路10、一諧振轉換電路20、一電壓偵測電路30，以及一控 制電路40。升壓型主動功率因數校正電路10可接收市電供應之交流電壓V_AC，並將交流電壓V_AC轉換成一脈動直流電壓VO1。諧振轉換電路20可將脈動直流電壓VO1轉換為輸出電壓V_OUT以供電至負載裝置(未顯示於第1圖)。電壓偵測電路30可偵測輸出電壓V_OUT的狀態以提供相對應之一偵測電壓V_AA。控制電路40可依據偵測電壓V_AA來控制升壓型主動功率因數校正電路10和諧振轉換電路20之運作以進行電壓轉換和穩壓回授補償，以達到具高諧振效率之同步整流控制。

第2圖為本發明實施例中電源供應器100實作方式之示意圖。在第2圖所示之實施例中，升壓型主動功率因數校正電路10包含一整流器12、一功率開關Q1、一升壓二極體DO1、一儲能電容CO1，以及一升壓電感LM1，可將市電供應之交流電壓V_AC轉換為脈動直流電壓VO1。在本發明實施例中，整流器12可為一橋式整流器，其包含整流二極體D1-D4，用來將市電供應之交流電壓V_AC轉換成一直流電壓V_IN。然而，整流器12之實施方式並不限定本發明之範疇。

升壓電感LM1之第一端耦接至整流器12以接收直流電壓V_IN，而第二端透過功率開關Q1選擇性地耦接至接地電位GND1，可儲存直流電壓V_IN之能量。儲能電容CO1之第一端耦接至脈動直流電壓VO1，而第二端耦接至接地電位GND1，可儲存脈動直流電壓VO1之能量。升壓二極體DO1之陽極耦接至升壓電感LM1之第二端，而陰極耦接至儲能電容CO1之第一端。功率開關Q1之第一端耦接於升壓電感LM1之第二端和升壓二極體DO1之陽極之間，第二端耦接至接地電位GND1，而控制端接收一控制訊號GD1，可依據控制訊號GD1來做高頻 切換而讓升壓電感LM1進行能量儲存與能量釋放，以使輸入電流追隨輸入電壓，進而提高功率因數和降低電流諧波。

在升壓型主動功率因數校正電路10中，升壓電感LM1、升壓二極體DO1、儲能電容CO1和功率開關Q1能實現升壓目的。在市電供應交流電壓V_AC的期間當功率開關Q1為導通時，升壓電感LM1之第二端會耦接至接地電位GND1，此時升壓電感LM1會因應直流電壓V_IN的變化而產生感應電壓，再把電能轉換為磁能以儲存。當功率開關Q1為截止時，升壓電感LM1的接地迴路被斷開，此時會將其內存的磁能轉換為電能，讓大電流通過升壓二極體DO1來對儲能電容CO1充電。在多次快速切換功率開關Q1後，即可達到升高直流電壓V_IN以提供脈動直流電壓VO1的目的。

在第2圖所示之實施例中，諧振轉換電路20包含一變壓器TR、功率開關Q2-Q3、同步整流開關Q4-Q7、一諧振電感LR、一激磁電感LM2、一諧振電容CR，以及儲能電容CO2-CO3。諧振轉換電路20可在其輸入端接收脈動直流電壓VO1，並於其輸出端提供輸出電壓V_OUT。變壓器TR包含一組初級側繞組(由匝數NP來表示)和四組同步整流繞組(分別由匝數NS1-NS4來表示)，其中初級側繞組NP設置在變壓器TR之初級側，而同步整流繞組NS1-NS4設置在變壓器TR之次級側。同步整流繞組NS1之非打點端、同步整流繞組NS2之打點端、同步整流繞組NS3之非打點端和同步整流繞組NS4之打點端耦接至一接地電位GND2。同步整流繞組NS1串聯於同步整流繞組NS2，而同步整流繞組NS3串聯於同步整流繞組NS4。

功率開關Q2之第一端耦接至升壓型主動功率因數校正電路10中升壓電感LM1之陰極以接收脈動直流電壓VO1，第二端耦接至功率開關Q3，而控制端接收一控制訊號GD2。功率開關Q3之第一端耦接至功率開關Q1之第二端，第二端耦接至接地電位GND1，而控制端接收一控制訊號GD3。同步整流開關Q4之第一端耦接至變壓器TR中同步整流繞組NS1之打點端，第二端耦接至電源供應器100之輸出端，而控制端接收一控制訊號GD4。同步整流開關Q5之第一端耦接至變壓器TR中同步整流繞組NS2之非打點端，第二端耦接至電源供應器100之輸出端，而控制端接收一控制訊號GD5。同步整流開關Q6之第一端耦接至變壓器TR中同步整流繞組NS3之打點端，第二端耦接至電源供應器100之輸出端，而控制端接收一控制訊號GD6。同步整流開關Q7之第一端耦接至變壓器TR中同步整流繞組NS4之非打點端，第二端耦接至電源供應器100之輸出端，而控制端接收一控制訊號GD7。

諧振電感LR、激磁電感LM2和諧振電容CR組成一LCC諧振電路，能讓功率開關Q2和Q3達到零電壓或零電流之柔性切換，進而解決高頻切換所產生之問題。諧振電感LR之第一端耦接至變壓器TR中初級側繞組NP之打點端，而其第二端耦接至功率開關Q2之第二端和功率開關Q3之第一端之間。激磁電感LM2之第一端耦接至變壓器TR中初級側繞組NP之打點端，而第二端耦接至變壓器TR中初級側繞組NP之非打點端。諧振電容CR之第一端耦接至變壓器TR中初級側繞組NP1之非打點端，而其第二端耦接至接地電位GND1。儲能電容CO2之第一端耦接至電源供應器100之輸出端，而其第二端耦接至接地電位GND2。儲能電 容CO3之第一端耦接至電源供應器100之輸出端，而其第二端耦接至接地電位GND2。

升壓型主動功率因數校正電路10所輸出之脈動直流電壓VO1為諧振轉換電路20之輸入電壓，功率開關Q2和Q3可分別依據控制訊號GD2和GD3來做高頻互補式切換，進而使諧振電感LR、激磁電感LM2和諧振電容CR相互諧振，以達到零電壓或零電流之柔性切換以降低切換損失。變壓器TR可將初級側繞組NP所存對應脈動直流電壓VO1之能量感應至同步整流繞組NS1-NS4以提供一脈動直流電壓VO2及/或一脈動直流電壓VO3，進而供應輸出電壓V_OUT。

同步整流開關Q4-Q7可在變壓器之次級測實現同步整流之功能：當同步整流開關Q4為導通時，同步整流繞組NS1之能量可被傳送至電源供應器100之輸出端以提供脈動直流電壓VO2；當同步整流開關Q5為導通時，同步整流繞組NS2之能量可被傳送至電源供應器100之輸出端以提供脈動直流電壓VO2；當同步整流開關Q6為導通時，同步整流繞組NS3之能量可被傳送至電源供應器100之輸出端以提供脈動直流電壓VO3；當同步整流開關Q7為導通時，同步整流繞組NS4之能量可被傳送至電源供應器100之輸出端以提供脈動直流電壓VO3。儲能電容CO2可儲存同步整流繞組NS1或NS2之能量(脈動直流電壓VO2)以供應輸出電壓V_OUT，而儲能電容CO3可儲存同步整流繞組NS3或NS4之能量(脈動直流電壓VO3)以供應輸出電壓V_OUT。當同步整流開關Q4-Q7皆為截止時，電源供應器100之電力傳送路徑會被切斷，此時電源供應器100之輸出端無輸出(V_OUT=0V)。

在第2圖所示之實施例中，電壓偵測電路30包含一誤差放大器32和一邏輯單元34，可依據輸出電壓V_OUT之狀態來提供判斷電壓V_AA。誤差放大器32之正輸入端耦接至一參考電壓VF，其負輸入端耦接至電源供應器100之輸出端以接收輸出電壓V_OUT，而其輸出端用來輸出一誤差電壓VE。邏輯單元34之第一輸入端耦接至誤差放大器32之輸出端以接收誤差電壓VE，其第二輸入端耦接至參考電壓VF，而其輸出端用來輸出判斷電壓V_AA。在一實施例中，當誤差放大器32判定其正輸入端和負輸入端之間的壓差為0時，會輸出具一第一電位(例如高電位)之誤差電壓VE；當判定其正輸入端和負輸入端之間的壓差不為0時，會輸出具一第二電位(例如低電位)之誤差電壓VE。當邏輯單元34判定其第一輸入端(誤差電壓VE)和第二輸入端(參考電壓VF)皆為高電位時，會輸出具一第三電位(例如高電位)之判斷電壓V_AA；判定其第一輸入端(誤差電壓VE)和第二輸入端(參考電壓VF)並非皆為高電位時，會輸出具一第四電位(例如低電位)之判斷電壓V_AA。在一實施例中，電壓偵測電路30之邏輯單元34可為一及閘(AND gate)，但不侷限於此。

在第2圖所示之實施例中，控制電路40包含脈衝寬度調變積體電路PWMIC1-PWMIC2和同步整流開關控制積體電路SRIC1-SRIC2。脈衝寬度調變積體電路PWMIC1包含腳位P1、P8和P9，其中腳位P1用來輸出在一第一致能電位和一第一除能電位之間高頻切換之控制訊號GD1至功率開關Q1之控制端，腳位P8耦接至電壓偵測電路30以接收判斷電壓V_AA，而腳位P9用來選擇性地輸出一全開訊號CM1或一同步互補訊號CM2至同步整流開關控制積體電路SRIC1和SRIC2。脈衝寬度調變 積體電路PWMIC2包含腳位P2、P3和P14，其中腳位P2用來輸出在一第二致能電位和一第二除能電位之間高頻切換之控制訊號GD2至功率開關Q2之控制端，腳位P3用來輸出在一第三致能電位和一第三除能電位之間高頻切換之控制訊號GD3至功率開關Q3之控制端，而腳位P14用來輸出參考電壓VF至電壓偵測電路30。

同步整流開關控制積體電路SRIC1包含腳位P4、P5、P10和P12，其中腳位P4用來選擇性地輸出具一第四致能電位或一第四除能電位之控制訊號GD4至同步整流開關Q4之控制端，腳位P5用來選擇性地輸出具一第五致能電位或一第五除能電位之控制訊號GD5至同步整流開關Q5之控制端，腳位P10耦接至脈衝寬度調變積體電路PWMIC1之腳位P9以接收全開訊號CM1或同步互補訊號CM2，而腳位P12耦接至同步整流開關控制積體電路SRIC2。

同步整流開關控制積體電路SRIC2包含腳位P6、P7、P11和P13，其中腳位P6用來選擇性地輸出具一第六致能電位或一第六除能電位之控制訊號GD6至同步整流開關Q6之控制端，腳位P7用來選擇性地輸出具一第七致能電位或一第七除能電位之控制訊號GD7至同步整流開關Q7之控制端，腳位P11耦接至脈衝寬度調變積體電路PWMIC1之腳位P9以接收全開訊號CM1或同步互補訊號CM2，而腳位P13耦接至同步整流開關控制積體電路SRIC1之腳位P12。

第3圖為本發明實施例中電源轉換器100運作時相關訊號圖。如第2圖和第3圖所示，在時間點T0-T1之間當電源供應器100並未 連接上市電時，所有控制訊號皆為0，而電源供應器100不會有輸出(V_OUT=0)。

如第2圖和第3圖所示，在時間點T1之後電源供應器100連接上市電，升壓型主動功率因數校正電路10之整流器12可將交流電壓V_AC轉換成直流電壓V_IN，而脈衝寬度調變積體電路PWMIC1會透過腳位P1輸出在第一致能電位和第一除能電位之間高頻切換之控制訊號GD1至功率開關Q1之控制端，使得功率開關Q1能在導通和截止狀態之間相對應地做高頻切換，進而讓升壓電感LM1週期性地進行能量儲存與能量釋放，以在變壓器TR的初級側提供升壓後之脈動直流電壓VO1。接著，在升壓型主動功率因數校正電路10穩定運作後所輸出之脈動直流電壓VO1為諧振轉換電路20之輸入電壓，脈衝寬度調變積體電路PWMIC2會透過腳位P2輸出在第二致能電位和第二除能電位之間高頻切換之控制訊號GD2至功率開關Q2之控制端，並透過腳位P3輸出在第三致能電位和第三除能電位之間高頻切換之控制訊號GD3至功率開關Q3之控制端。控制訊號GD2和GD3為互補訊號，也就是當控制訊號GD2具第二致能電位時控制訊號GD3會具第三除能電位，而當控制訊號GD2具第二除能電位時控制訊號GD3會具第三致能電位，使得功率開關Q2和Q3可分別依據控制訊號GD2和GD3來做高頻互補式切換，進而使諧振電感LR、激磁電感LM2和諧振電容CR相互諧振，以達到零電壓或零電流之柔性切換以降低切換損失。在這種情況下，變壓器TR可將初級側繞組NP所存對應脈動直流電壓VO1之能量感應至同步整流繞組NS1-NS4。

在時間點T1和T2之間輸出電壓V_OUT之值尚未達到參考電壓 VF的準位，此時誤差放大器32會輸出具第二電位(例如低電位)之誤差電壓VE。當邏輯單元34判斷其第一輸入端(低電位誤差電壓VE)和第二輸入端(高電位參考電壓VF)並非皆為高電位時，會輸出具第四電位(例如低電位)之判斷電壓V_AA。在接收到具第四電位(例如低電位)之判斷電壓V_AA後，脈衝寬度調變積體電路PWMIC1會透過腳位P9輸出全開訊號CM1至同步整流開關控制積體電路SRIC1之腳位P10和同步整流開關控制積體電路SRIC2之腳位P11。

全開訊號CM1對應全開式同步整流運作，也就是說脈衝寬度調變積體電路PWMIC1會指示同步整流開關控制積體電路SRIC1透過其腳位P4輸出具第四致能電位之控制訊號GD4以導通同步整流開關Q4，指示同步整流開關控制積體電路SRIC1透過其腳位P5輸出具第五致能電位之控制訊號GD5以導通同步整流開關Q5，指示同步整流開關控制積體電路SRIC2透過其腳位P6輸出具第六致能電位之控制訊號GD6以導通同步整流開關Q6，並指示同步整流開關控制積體電路SRIC2透過其腳位P7輸出具第七致能電位之控制訊號GD7以導通同步整流開關Q7。在同步整流開關Q4-Q7皆為導通的情況下，同步整流繞組NS1-NS4內存能量皆可被傳送至電源供應器100之輸出端以提供脈動直流電壓VO2和脈動直流電壓VO3，使得輸出電壓V_OUT之值持續爬升。

如第2圖和第3圖所示，在時間點T2時輸出電壓V_OUT之值達到參考電壓VF的準位，也就是會讓誤差放大器32之正輸入端和負輸入端之間的壓差為0，此時誤差放大器32會輸出具第一電位(例如高電位)之誤差電壓VE。當邏輯單元34判定其第一輸入端(高電位誤差電壓VE)和 第二輸入端(高電位參考電壓VF)皆為高電位時，會輸出具第三電位(例如高電位)之判斷電壓V_AA。在接收到具第三電位(例如高電位)之判斷電壓V_AA後，脈衝寬度調變積體電路PWMIC1會透過腳位P9輸出同步互補訊號CM2至同步整流開關控制積體電路SRIC1之腳位P10和同步整流開關控制積體電路SRIC2之腳位P11。

同步互補訊號CM2對應互補式同步整流運作，也就是說脈衝寬度調變積體電路PWMIC1在時間點T2後的奇數週期(例如時間點T2-T3、T4-T5)會指示同步整流開關控制積體電路SRIC1透過其腳位P4輸出具第四除能電位之控制訊號GD4以截止同步整流開關Q4，指示同步整流開關控制積體電路SRIC1透過其腳位P5輸出具第五致能電位之控制訊號GD5以導通同步整流開關Q5，指示同步整流開關控制積體電路SRIC2透過其腳位P6輸出具第六除能電位之控制訊號GD6以截止同步整流開關Q6，並指示同步整流開關控制積體電路SRIC2透過其腳位P7輸出具第七致能電位之控制訊號GD7以導通同步整流開關Q7。在同步整流開關Q4和Q6為截止而同步整流開關Q5和Q7為導通的情況下，同步整流繞組NS2和NS4內存能量可被傳送至電源供應器100之輸出端以提供脈動直流電壓VO2和脈動直流電壓VO3，使得輸出電壓V_OUT之值維持穩定。

同理，脈衝寬度調變積體電路PWMIC1在時間點T2後偶數週期(例如時間點T3-T4、T5-T6)會指示同步整流開關控制積體電路SRIC1透過其腳位P4輸出具第四致能電位之控制訊號GD4以導通同步整流開關Q4，指示同步整流開關控制積體電路SRIC1透過其腳位P5輸出具第 五除能電位之控制訊號GD5以截止同步整流開關Q5，指示同步整流開關控制積體電路SRIC2透過其腳位P6輸出具第六致能電位之控制訊號GD6以導通同步整流開關Q6，並指示同步整流開關控制積體電路SRIC2透過其腳位P7輸出具第七除能電位之控制訊號GD7以截止同步整流開關Q7。在同步整流開關Q4和Q6為導通而同步整流開關Q5和Q7為截止的情況下，同步整流繞組NS1和NS3內存能量可被傳送至電源供應器100之輸出端以提供脈動直流電壓VO2和脈動直流電壓VO3，使得輸出電壓V_OUT之值維持穩定。

在本發明實施例中，當同步整流開關控制積體電路SRIC1之腳位P10和同步整流開關控制積體電路SRIC2之腳位P11接收到同步互補訊號CM2時，同步整流開關控制積體電路SRIC1可透過腳位P12和同步整流開關控制積體電路SRIC2之腳位P13進行溝通，以確保控制訊號GD4和控制訊號GD6具相同相位且和控制訊號GD7具相反相位，以及確保控制訊號GD5和控制訊號GD7具相同相位且和控制訊號GD6具相反相位。

在本發明實施例中，功率開關Q1-Q3和同步整流開關Q4-Q7可為金屬氧化物半導體場效電晶體(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)、雙極性接面型電晶體(bipolar junction transistor,BJT)，或其它具類似功能的元件。對N型電晶體來說，致能電位為高電位，而除能電位為低電位；對P型電晶體來說，致能電位為低電位，而除能電位為高電位。然而，上述開關之種類並不限定本發明之範疇。

綜上所述，在本發明之電源供應器100中，升壓型主動功率因數校正電路10可提升交流電源端之功率因數，而諧振轉換電路20可將升壓型主動功率因數校正電路10輸出之電壓轉換成負載裝置運作所需之輸出電壓V_OUT。電壓偵測電路30可偵測輸出電壓V_OUT之狀態，使得控制電路40能在輸出電壓V_OUT之值尚未達到參考電壓時指示諧振轉換電路20進行全開式同步整流運作，並在輸出電壓V_OUT之值達到參考電壓時指示諧振轉換電路20進行互補式同步整流運作，進而提供具高諧振效率之同步整流控制。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10:升壓型主動功率因數校正電路

20:諧振轉換電路

30:電壓偵測電路

40:控制電路

100:電源供應器

V_OUT:輸出電壓

V_AC:交流電壓

V_AA:判斷電壓

VO1:脈動直流電壓

GD1-GD7:控制訊號

P1-P8:腳位

Claims (10)

1. 一種具高諧振效率之同步整流控制的電源供應器，其包含：一輸入端，用來接收市電供應之一交流電壓；一輸出端，用來輸出一輸出電壓；一升壓型主動功率因數校正電路，其包含一第一開關，用來將該交流電壓轉換成一直流電壓，再將該直流電壓換成一第一脈動直流電壓；一諧振轉換電路，用來將該第一脈動直流電壓轉換成該輸出電壓，其包含：一變壓器，用來將該第一脈動直流電壓從一初級側感應至一次級側以供應該輸出電壓，其包含：一第一同步整流繞組，設置在該次級側，其包含一第一打點端和一第一非打點端；一第二同步整流繞組，設置在該次級側且串聯於該第一同步整流繞組，其包含一第二打點端和一第二非打點端；一第三同步整流繞組，設置在該次級側，其包含一第三打點端和一第三非打點端；一第四同步整流繞組，設置在該次級側且串聯於該第三同步整流繞組，其包含一第四打點端和一第四非打點端；以及一初級側繞組，設置在該初級側，其包含一第五打點端和一第五非打點端；一諧振電路，設置在該初級側； 一第二開關和一第三開關，設置在該初級側，用來控制該諧振電路之運作；一第四開關，設置在該次級側，用來選擇性地將該第一同步整流繞組內存能量傳送至該輸出端以提供一第二脈動直流電壓；一第五開關，設置在該次級側，用來選擇性地將該第二同步整流繞組內存能量傳送至該輸出端以提供該第二脈動直流電壓；一第六開關，設置在該次級側，用來選擇性地將該第三同步整流繞組內存能量傳送至該輸出端以提供一第三脈動直流電壓；以及一第七開關，設置在該次級側，用來選擇性地將該第四同步整流繞組內存能量傳送至該輸出端以提供該第三脈動直流電壓；一電壓偵測電路，用來偵測該輸出電壓之狀態，並輸出相對應之一判斷電壓；以及一控制電路，用來：輸出在一第一致能電位和一第一除能電位之間週期性切換的一第一控制訊號以控制該第一開關之運作；輸出在一第二致能電位和一第二除能電位之間週期性切換的一第二控制訊號以控制該第二開關之運作；輸出在一第三致能電位和一第三除能電位之間週期性切換的一第三控制訊號以控制該第三開關之運作，其中該第二控制訊號和該第三控制訊號為互補式訊號； 當依據該判斷電壓判定該輸出電壓之值小於一參考電壓時，輸出具一第四致能電位之一第四控制訊號以導通該第四開關，輸出具一第五致能電位之一第五控制訊號以導通該第五開關，輸出具一第六致能電位之一第六控制訊號以導通該第六開關，並輸出具一第七致能電位之一第七控制訊號以導通該第七開關；當依據該判斷電壓判定該輸出電壓之值在一特定時間點不小於該參考電壓時，在該特定時間點之後的一第一週期內輸出具一第四除能電位之該第四控制訊號以截止該第四開關，輸出具該第五致能電位之該第五控制訊號以導通該第五開關，輸出具一第六除能電位之該第六控制訊號以截止該第六開關，並輸出具該第七致能電位之該第七控制訊號以導通該第七開關；且在接續該第一週期之一第二週期內輸出具該第四致能電位之該第四控制訊號以導通該第四開關，輸出具一第五除能電位之該第五控制訊號以截止該第五開關，輸出具該第六致能電位之該第六控制訊號以導通該第六開關，並輸出具一第七除能電位之該第七控制訊號以導通該第七開關。
2. 如請求項1所述之電源供應器，其中：該升壓型主動功率因數校正電路另包含：一整流器，用來將該交流電壓轉換成該直流電壓；一升壓電感，其包含：一第一端，耦接於該整流器以接收該直流電壓；以及 一第二端；一升壓二極體，其包含：一陽極，耦接於該升壓電感之該第二端；以及一陰極，耦接於該第一脈動直流電壓；以及一第一儲能電容，用來儲存該第一脈動直流電壓之能量，其包含：一第一端，耦接至該第一脈動直流電壓；以及一第二端，耦接至一第一接地電位；且該第一開關包含：一第一端，耦接至該升壓電感之該第二端和該升壓二極體之該陽極之間；一第二端，耦接至該第一接地電位；以及一控制端，耦接至該控制電路以接收該第一控制訊號。
3. 如請求項1所述之電源供應器，其中：該諧振電路包含：一激磁電感，其包含：一第一端，耦接至該初級側繞組之該第五打點端；以及一第二端，耦接至該初級側繞組之該第五非打點端；一諧振電感，其包含：一第一端，耦接至該初級側繞組之該第五打點端；以及一第二端；以及一諧振電容，其包含：一第一端，耦接至該初級側繞組之該第五非打點端；以及 一第二端，耦接至一第一接地電位；該第二開關包含：一第一端，耦接至該第一脈動直流電壓；一第二端，耦接至該諧振電感之該第二端；以及一控制端，耦接至該控制電路以接收該第二控制訊號；且該第三開關包含：一第一端，耦接至該諧振電感之該第二端；一第二端，耦接至該第一接地電位；以及一控制端，耦接至該控制電路以接收該第三控制訊號。
4. 如請求項1所述之電源供應器，其中：該諧振轉換電路另包含：一第二儲能電容，用來儲存該第二脈動直流電壓之能量以供應該輸出電壓，其包含：一第一端，耦接至該輸出端；以及一第二端，耦接至一第二接地電位；以及一第三儲能電容，用來儲存該第三脈動直流電壓之能量以供應該輸出電壓，其包含：一第一端，耦接至該輸出端；以及一第二端，耦接至該第二接地電位；該第四開關包含：一第一端，耦接至該第一同步整流繞組之該第一打點端；一第二端，耦接至該第二儲能電容之該第一端；以及一控制端，耦接至該控制電路以接收該第四控制訊號； 該第五開關包含：一第一端，耦接至該第二同步整流繞組之該第二非打點端；一第二端，耦接至該第二儲能電容之該第一端；以及一控制端，耦接至該控制電路以接收該第五控制訊號；該第六開關包含：一第一端，耦接至該第三同步整流繞組之該第三打點端；一第二端，耦接至該第三儲能電容之該第一端；以及一控制端，耦接至該控制電路以接收該第六控制訊號；且該第七開關包含：一第一端，耦接至該第四同步整流繞組之該第四非打點端；一第二端，耦接至該第三儲能電容之該第一端；以及一控制端，耦接至該控制電路以接收該第七控制訊號。
5. 如請求項1所述之電源供應器，其中該電壓偵測電路包含：一誤差放大器，其包含：一正輸入端，耦接至該參考電壓；一負輸入端，耦接至該輸出端以接收該輸出電壓；以及一輸出端，用來依據該正輸入端和該負輸入端之間的壓差輸出一誤差電壓；以及一邏輯單元，其包含：一第一輸入端，耦接至該誤差放大器之該輸出端以接收該誤差電壓；一第二輸入端，耦接至該參考電壓；以及 一輸出端，用來依據該第一輸入端和該二輸入端之電位輸出該判斷電壓。
6. 如請求項1所述之電源供應器，其中該控制電路包含：一第一腳位、一第二腳位、一第三腳位、一第四腳位、一第五腳位、一第六腳位、一第七腳位、一第八腳位、一第九腳位、一第十腳位、一第十一腳位、一第十二腳位、一第十三腳位，以及一第十四腳位；一第一脈衝寬度調變積體電路，用來：透過該第一腳位輸出該第一控制訊號；透過該第八腳位接收該判斷電壓；以及透過該第九腳位選擇性地輸出一全開訊號或一同步互補訊號；一第二脈衝寬度調變積體電路，用來：透過該第二腳位輸出該第二控制訊號；透過該第三腳位輸出該第三控制訊號；以及透過該第十四腳位輸出該參考電壓；一第一同步整流開關控制積體電路，用來：透過該第四腳位輸出該第四控制訊號；透過該第五腳位輸出該第五控制訊號；以及透過該第十腳位接收該全開訊號或該同步互補訊號；以及一第二同步整流開關控制積體電路，用來：透過該第六腳位輸出該第六控制訊號；透過該第七腳位輸出該第七控制訊號；以及透過該第十一腳位接收該全開訊號或該同步互補訊號。
7. 如請求項6所述之電源供應器，其中：當判定該輸出電壓之值小於該參考電壓時，該電壓偵測電路係輸出具一第一電位之該判斷電壓；當判定該輸出電壓之值不小於該參考電壓時，該電壓偵測電路係輸出具一第二電位之該判斷電壓；當該第一脈衝寬度調變積體電路透過該第八腳位接收到具該第一電位之該判斷電壓時，另用來透過該第九腳位輸出該全開訊號；且當該第一脈衝寬度調變積體電路透過該第八腳位接收到具該第二電位之該判斷電壓時，另用來透過該第九腳位輸出該同步互補訊號。
8. 如請求項7所述之電源供應器，其中：當該第一同步整流開關控制積體電路透過該第十腳位接收到該全開訊號時，另用來透過該第四腳位輸出具該第四致能電位之該第四控制訊號和透過該第五腳位輸出具該第五致能電位之該第五控制訊號；當該第二同步整流開關控制積體電路透過該第十一腳位接收到該全開訊號時，另用來透過該第六腳位輸出具該第六致能電位之該第六控制訊號和透過該第七腳位輸出具該第七致能電位之該第七控制訊號；當該第一同步整流開關控制積體電路透過該第十腳位接收到該同步互補訊號時，其透過該第四腳位輸出之該第四控制訊號和透 過該第五腳位輸出之該第五控制訊號具相反相位；且當該第二同步整流開關控制積體電路透過該第十一腳位接收到該同步互補訊號時，其透過該第六腳位輸出之該第六控制訊號和透過該第七腳位輸出之該第七控制訊號具相反相位，且和該第四控制訊號具相同相位。
9. 如請求項6所述之電源供應器，其中當該第一同步整流開關控制積體電路透過該第十腳位接收到該同步互補訊號時，另用來透過該第十二腳位和該第二同步整流開關控制積體電路進行溝通，以確保該第四控制訊號和該第六控制訊號具相同相位且和第七控制訊號具相反相位。
10. 如請求項9所述之電源供應器，其中當該第二同步整流開關控制積體電路透過該第十一腳位接收到該同步互補訊號時，另用來透過該第十三腳位和該第一同步整流開關控制積體電路進行溝通，以確保該第六控制訊號和該第四控制訊號具相同相位且和第五控制訊號具相反相位。

Images